Giáo án - Bài giảng: Hướng dẫn về thực hành tính toán nền móng bằng phần mềm Plaxis 8.2

Phòng Tính Toán Cơ Học – Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng – ĐH Bách Khoa TP HCM PLAXIS 8.2 BÀI TOÁN Việc xây dựng đường đắp đất yếu với mực nước ngầm cao dẫn đến tăng áp suất lỗ rỗng Kết mô hình “ứng xử không thoát nước” ứng suất hiệu nhỏ phải chấp nhận giai đoạn cố kết trung gian để thi công an toàn Trong trình cố kết, áp suất lỗ rỗng bị tiêu hao, đất đạt cường độ kháng cắt cần thiết để việc thi công tiếp tục Bài toán tập trung vào việc thi công đắp đường, phân tích chi tiết chế hoạt động nói Quá trình phân tích giới thiệu phương pháp tính mới, là: phân tích cố kết, phân tích lưới cập nhật tính toán hệ số an toàn phương pháp “phi – c – reduction” Hình 1: Mặt cắt ngang đường đắp Mặt cắt ngang đường đắp toán sau: rộng 16m, cao 4m, mái dốc m = Đây mặt cắt đối xứng nên mô hình nửa mặt cắt Đường đắp cát rời, mực nước thuỷ tónh trùng với mặt đất tự nhiên Khai báo số liệu đầu vào Khai báo thơng số tổng thể tốn Khi khởi động chương trình Plaxis 8.2 xuất hộp thoại Create/Open Poject Project GVC-ThS Bùi Văn Chúng Chọn New Phòng Tính Toán Cơ Học – Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng – ĐH Bách Khoa TP HCM PLAXIS 8.2 Click OK Xuất hôp thoại General Settings Trong thẻ Poject, tạo tên file cần lưu trữ ô Title Chọn mơ hình loại phần tử tốn Trong thẻ Dimensions, chọn đơn vị cần tính (Chiều dài = m, Đơn vị lực = KN, Thời gian = day) Khai báo kích thước tổng thể tốn Khai báo mơ hình tính tốn Trên công cụ, vào mục Geometry\Geometry Line chọn biểu tượng hình tính GVC-ThS Bùi Văn Chúng để tạo mơ Phòng Tính Toán Cơ Học – Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng – ĐH Bách Khoa TP HCM PLAXIS 8.2 Khai báo đặc trưng vật liệu Trên công cụ, vào mục Materials\Material set chọn biểu tượng trưng vật liệu để khai báo đặc Chia lưới tính tốn Trên công cụ, vào mục Mesh\Global coarseness chọn biểu tượng phần tử tính tốn II.2 Khai báo điều kiện ban đầu Sau khai báo đầy đủ tham số đầu vào toán, lựa chọn biểu tượng để khai báo điều kiện ban đầu tốn GVC-ThS Bùi Văn Chúng để tự sinh Phòng Tính Toán Cơ Học – Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng – ĐH Bách Khoa TP HCM PLAXIS 8.2 Trong khai báo điều kiện ban đầu, dung trọng nước khai báo 10kN/m3 Khai báo mực nước Dùng biểu tượng để khai báo mực nước (Phreatic level) Khai báo biên không thấm Dùng biểu tượng để khai báo biên kín dịng thấm (closed flow boundary) Khai báo biên vùng cố kết Dùng biểu tượng để khai báo biên đóng vùng cố kết (closed consodilation boundary) Tự sinh áp lực nước Dùng biểu tượng để tự sinh áp lực nước (generate water pressures) Tự sinh ứng suất ban đầu đất Dùng biểu tượng để khởi động chế độ Geometry configuration, trước tự sinh ứng suất ban đầu đất (generate initial stresses) cần phải bỏ khối đất đắp toán Dùng biểu tượng để tự sinh ứng suất ban đầu đất, phép tự sinh lựa chọn tính tốn K0-procedure (hệ số áp lực ngang đất trạng thái nghỉ) II.3 Tính tốn Sau khai báo đầy đủ thông số đầu vào điều kiện ban đầu toán, bấm vào biểu để thực bước tính tốn tốn tượng Đối với tốn tính ổn định đất đắp, ổn định cơng trình khơng cần phải đánh giá giai đoạn dài hạn cơng trình hồn thành mà cịn cần phải đánh giá bước thi cơng Trong tốn tính ổn định Plaxis, hệ số an toàn định nghĩa sau: Trong đó: Smaximum available sức kháng cắt thực tế đất Sneeded for equilibrium sức kháng cắt tối thiểu trạng thái cân ổn định Theo tiêu chuẩn phá hoại Mor-Coulomb cơng thức tính hệ số an tồn trở thành: GVC-ThS Bùi Văn Chúng Phòng Tính Toán Cơ Học – Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng – ĐH Bách Khoa TP HCM PLAXIS 8.2 Trong c, ϕ tham số cường độ, σ n ứng suất tổng điểm tính tốn Tham số c r ϕ r tham số sức kháng cắt giảm xuống giá trị thời điểm cân ổn định Nguyên tắc lấy làm sở cho phương pháp Phi-c-redution Plaxis để tính tốn ổ n định tổng thể cơng trình Trong ứng dụng này, lực dính c hàm tang góc nội ma sát giảm xuống theo tỷ lệ: GVC-ThS Bùi Văn Chúng Phòng Tính Toán Cơ Học – Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng – ĐH Bách Khoa TP HCM PLAXIS 8.2 Sự suy giảm tham số sức kháng cắt kiểm soát tổng cấp số nhân (total multiplier) ∑Msf Tham số tăng lên theo bước q trình tính tốn phá hoại xuất Giá trị hệ số an toàn định nghĩa giá trị ∑Msf thời điểm xuất phá hoại Lựa chọn dạng tính toán Phi-c-redution Plaxis thực cách từ hộp Calculation type sheet General Các bước tính tốn lún cố kết kiểm tra ổn định cơng trình cơng tác thi cơng đắp đường (ví dụ điển hình chia việc đắp đường thành giai đoạn) sau: + Bước (tính tốn cho giai đoạn thi công lớp đất đắp thứ nhất): từ Initial phase cửa sổ Calculation bấm để tạo bước tính tốn , từ sheet General chọn Consolidation từ lựa chọn Calculation type, tiếp tục bấm tham số tính tốn để chọn Từ sheet Parameters chọn Time interval ngày (thời gian đắp ngày), lựa chọn Stage construction Loading input, sau bấm vào kích hoạt vào lớp đất đắp thứ mơ hình tính tốn GVC-ThS Bùi Văn Chúng Phòng Tính Toán Cơ Học – Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng – ĐH Bách Khoa TP HCM PLAXIS 8.2 GVC-ThS Bùi Văn Chúng Phòng Tính Toán Cơ Học – Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng – ĐH Bách Khoa TP HCM PLAXIS 8.2 + Bước (tính tốn cố kết thời gian 200 ngày sau đắp lớp thứ nhất): trở cửa sổ để tạo , chọn từ ô Start from phase Lựa chọn Calculation bấm Consolidation từ Calculation type, từ sheet Parameters chọn Time interval 200 ngày (thời gian cố kết 200 ngày) Trong mơ hình tính khơng thay đổi so với + Bước (tính tốn cho giai đoạn thi công lớp đất đắp thứ 2): trở cửa sổ Calculation bấm để tạo , chọn từ ô Start from phase, từ sheet General chọn Consolidation từ lựa chọn Calculation type Từ sheet Parameters chọn Time interval ngày (thời gian đắp ngày), lựa chọn Stage construction Loading input, sau bấm vào kích hoạt vào lớp đất đắp thứ hai mơ hình tính tốn + Bước (tính tốn cố kết áp lực nước lỗ rỗng nhỏ 1kN/m2): trở cửa sổ Calculation bấm để tạo , chọn từ ô Start from phase Lựa chọn Consolidation từ Calculation type, từ sheet Parameters chọn Minimum pore pressure Loading input, chọn giá trị áp lực nước lỗ rỗng 1kN/m2 Trong mơ hình tính khơng thay đổi so với + Bước (kiểm tra ổn định đắp lớp thứ nhất): trở cửa sổ Calculation bấm để tạo , chọn từ ô Start from phase Lựa chọn Phi-c-redution từ Calculation type, từ sheet Parameters chọn Incremental multipliers Loading input, chọn Reset displacement to zero từ ô Control parameters GVC-ThS Bùi Văn Chúng Phòng Tính Toán Cơ Học – Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng – ĐH Bách Khoa TP HCM PLAXIS 8.2 Tiếp tục bấm chuyển sang sheet Multipliers lựa chọn giá trị 0.1 từ ô Msf + Bước (kiểm tra ổn định đắp lớp thứ hai): trở cửa sổ Calculation bấm để tạo , chọn từ ô Start from phase Lựa chọn Phi-c-redution từ Calculation type, từ sheet Parameters chọn Incremental multipliers Loading input, chọn Reset displacement to zero từ ô Control parameters Tiếp tục bấm chuyển sang sheet Multipliers lựa chọn giá trị 0.1 từ ô Msf + Bước (kiểm tra ổn định dài hạn sau cơng trình thi cơng xong): trở cửa sổ để tạo , chọn từ ô Start from phase Lựa chọn Calculation bấm Phi-c-redution từ Calculation type, từ sheet Parameters chọn Incremental multipliers Loading input, chọn Reset displacement to zero Ignore undrained behaviour từ ô Control chuyển sang sheet Multipliers lựa chọn giá trị 0.1 từ ô parameters Tiếp tục bấm Msf GVC-ThS Bùi Văn Chúng Phòng Tính Toán Cơ Học – Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng – ĐH Bách Khoa TP HCM PLAXIS 8.2 Sau khai báo tham số cho bước tính tốn xong, bấm vào nút q trình tính tốn kết thúc bấm vào bấm vào nút để xuất kết giai đoạn tính tốn để vẽ đồ thị cần thiết GVC-ThS Buøi Văn Chúng để tính tốn Sau 10 Phòng Tính Toán Cơ Học – Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng – ĐH Bách Khoa TP HCM PLAXIS 8.2 Tính ứng suất ban đầu Nhấp Update Calculation GVC-ThS Bùi Văn Chúng 129 Phòng Tính Toán Cơ Học – Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng – ĐH Bách Khoa TP HCM PLAXIS 8.2 Nhấp Yes Phase chọn Staged constructions Define Dùng phím Shift chọn lớp đất , dùng Phreatic line vẽ mực nước đáy GVC-ThS Bùi Văn Chúng 130 Phòng Tính Toán Cơ Học – Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng – ÑH Baùch Khoa TP HCM PLAXIS 8.2 Generate water pressures nhấp Update , Update Nhấp Next để định Phase Phase chọn Total multipliers bảng multipliers chọn giá trị cho ΣMcontrA Chọn điểm GVC-ThS Bùi Văn Chúng 131 Phòng Tính Toán Cơ Học – Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng – ĐH Bách Khoa TP HCM PLAXIS 8.2 Nhấp Update tính toán sau chọn Output để xem kết Kết chuyển vị GVC-ThS Bùi Văn Chúng 132 Phòng Tính Toán Cơ Học – Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng – ĐH Bách Khoa TP HCM PLAXIS 8.2 Kết ứng suất Kết chuyển vị Phase GVC-ThS Bùi Văn Chúng 133 Phòng Tính Toán Cơ Học – Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng – ĐH Bách Khoa TP HCM PLAXIS 8.2 Kết Momen uốn Tunnel Kết lực dọc Tunnel GVC-ThS Bùi Văn Chúng 134 Phòng Tính Toán Cơ Học – Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng – ĐH Bách Khoa TP HCM PLAXIS 8.2 BÀI 11 Số liệu đầu vào Sơ đồ tính tốn Bài tốn minh họa hình đây: Khai báo mơ hình tính tốn Mơ hình tính toán nhập theo tọa độ điểm cho Hình bên dưới: Khai báo điều kiện biên Sử dụng định dạng Standard fixities để khai báo điều kiện biên Khai báo đặc trưng vật liệu Các lớp đất toán khai báo sau: Tham số Material model Type of behaviour Ký hiệu Model Type Soil unit weight above phreatic level ©unsat Soil unit weight below phreatic level ©sat Horizontal permeability kx Vertical permeability ky GVC-ThS Bùi Văn Chúng 135 Cát đắp cọc cát Bùn sét Đơn vị SS Undrained MC Drained - 15 16 18 -4 4x10 -4 4x10 20 kN/m kN/m 0.5 m/ngày 0.5 m/ng Phòng Tính Toán Cơ Học – Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng – ĐH Bách Khoa TP HCM PLAXIS 8.2 Young’s modulus Poisson’s ratio Poisson’s ratio for unloading/reloading Cohesion 0.3 0.15 kN/m - 8.6 Friction angle 1.0 kN/m 6.85 c 28 o o Dilatancy angle Modified comression index Modified swelling index 15000 Eref 0.123 0.042 K* - Chia lưới tính tốn Khai báo điều kiện ban đầu Mực nước tính toán (phreatic level) nằm ngang mặt lớp bùn Do lớp bùn sét lớp sét không thấm nên đáy cần phải tạo biên không thấm (closed flow boundary) Khai báo biên đóng vùng cố kết (closed consodilation boundary) cho biên đứng bên trái bên phải toán Phreatic level closed consodilation boundary Closed flow boundary closed consodilation boundary Tự sinh áp lực nước (generate water pressures) lựa chọn tự sinh dựa mực nước nằm ngang (phreatic level) Trước tự sinh ứng suất ban đầu đất (generate initial stresses) cần phải bỏ khối đất đắp toán, phép tự sinh lựa chọn tính tốn K0-procedure GVC-ThS Bùi Văn Chúng 136 Phòng Tính Toán Cơ Học – Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng – ĐH Bách Khoa TP HCM PLAXIS 8.2 Tính tốn Các bước tính tốn cơng trình cho Bảng đây: Tên Bước Bắt đầu Tính toán Vào tải trọng Thời Ghi gian Ban đầu N/A N/A N/A Plastic Staged construction Đóng cọc cát Consolidation Staged construction Đắp lớp ngày Consolidation Staged construction 30 Chờ cố kết 30 ngày Consolidation Staged construction Đắp lớp ngày Consolidation Staged construction 60 Chờ cố kết 60 ngày Consolidation Staged construction Đắp lớp ngày Consolidation Staged construction 90 Chờ cố kết 90 ngày Consolidation Staged construction Đắp lớp ngày Consolidation Staged construction 120 Chờ cố kết 120 ngày 10 Consolidation Minimum pore pressure 963 Cố kết tới PP